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Statisches vs. dynamisches Routing: Konfiguration, Ausfall, Last und Einsatz

Ein Router schlägt in seiner Routingtabelle nach, wohin er jedes Paket als Nächstes schickt. Routen gelangen auf zwei Wegen in die Tabelle: beim statischen Routing konfiguriert ein Administrator sie von Hand, beim dynamischen Routing tauschen Router über ein Routingprotokoll Informationen aus und bauen die Tabelle automatisch auf. Statisches Routing ist einfach, belastet den Router nicht zusätzlich und verhält sich vorhersagbar, schaltet nach einem Ausfall aber nicht automatisch um, und Konfiguration und Verwaltung wachsen mit dem Netzwerk. Dynamisches Routing findet Routen automatisch mit Protokollen wie OSPF und BGP und schaltet nach einem Ausfall auf einen anderen Weg um. Reale Netzwerke kombinieren meist beides, etwa eine statische Default-Route an einem Standort mit nur einem Ausgang und dynamisches Routing dort, wo es redundante Wege gibt.

MerkmalStatisches RoutingDynamisches Routing
Wie Routen festgelegt werdenDer Administrator konfiguriert auf jedem Router das Zielnetz und den nächsten HopRouter tauschen über ein Routingprotokoll (OSPF, BGP, RIP usw.) Informationen aus und finden Routen automatisch
Verhalten bei AusfällenSchaltet nicht automatisch um; bemerkt keine Ausfälle jenseits des benachbarten Routers und kann eine nicht mehr funktionierende Route weiter verwendenWird ein Ausfall erkannt, wird neu berechnet und auf eine andere Route umgeschaltet
Routerlast und BandbreiteTauscht keine Routeninformationen aus und verbraucht dafür also weder CPU noch Speicher noch LeitungsbandbreiteVerbraucht CPU, Speicher und Bandbreite für den Austausch von Routeninformationen und die Routenberechnung
Konfigurationsaufwand und GrößenordnungKonfigurationsmenge und Fehlerrisiko wachsen mit der Zahl der Netze und Routen; jede Änderung erfordert das Bearbeiten aller betroffenen RouterErgänzungen und Änderungen verbreiten sich automatisch, daher sind auch große Netzwerke gut verwaltbar; Entwurf und Konfiguration des Protokolls erfordern aber Fachwissen
VorhersagbarkeitVerhält sich genau wie konfiguriert und ist daher leicht vorherzusagenDie verwendete Route kann sich je nach Berechnung des Protokolls ändern
SicherheitEmpfängt keine Routeninformationen, daher besteht kein Risiko, falsche Routen untergeschoben zu bekommenBraucht Nachbarauthentifizierung und Begrenzungen (Filter) für angenommene Routen, um keine falschen Routen zu übernehmen
Administrative DistanzIn der Regel ein niedriger Wert, gegenüber dynamischen Routen bevorzugt (der Wert hängt vom Gerät ab, z. B. 1)Je Protokoll festgelegt (manche Geräte verwenden z. B. 110 für OSPF und 120 für RIP)
Wofür es sich eignetKleine Netzwerke, die Default-Route an einem Standort mit einem Ausgang, der Übergang zu einem DienstanbieterNetzwerke mit redundanten Wegen, Unternehmensnetze mit vielen Standorten und zwischen AS im Internet (BGP)

Die Zahlenwerte sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.

Wann welche Variante?

Statisches Routing
Netzwerke mit wenigen Routern und nahezu festem Aufbau oder Standorte wie Niederlassungen mit nur einem Ausgang, bei denen eine einzige Default-Route 0.0.0.0/0 genügt.
Dynamisches Routing
Netzwerke mit vielen Routern oder mit redundanten Wegen, die nach einem Ausfall automatisch umschalten sollen. Passt auch zu Netzwerken, in denen Routen oft ergänzt oder geändert werden.

Häufige Fragen

Kann statisches Routing nach einem Ausfall auf eine Ersatzroute umschalten?

In gewissem Umfang. Konfiguriert man eine statische Ersatzroute mit höherer administrativer Distanz als die normale Route (eine Floating Static Route), wird sie nur verwendet, wenn die normale Route aus der Routingtabelle verschwindet. Die normale Route verschwindet jedoch nur in Fällen wie dem, dass der Router den Ausfall seines eigenen Links bemerkt; weiter entfernte Ausfälle bleiben unbemerkt. Deshalb wird es manchmal mit einer Funktion kombiniert, die die Erreichbarkeit periodisch prüft und die Route entfernt.

Was ist eine Default-Route?

Eine Route wie 0.0.0.0/0 (::/0 bei IPv6), die auf jedes Ziel passt. Ein Router wählt unter den passenden Routen die mit dem längsten Präfix (Longest Prefix Match), daher wird die Default-Route nur verwendet, wenn keine andere Route passt. An einem Standort mit nur einem Ausgang ist es üblich, statt einer Route je Ziel eine einzige statische Default-Route zu konfigurieren.

Gibt es für dasselbe Ziel eine statische und eine dynamische Route, welche wird verwendet?

Routen mit unterschiedlicher Präfixlänge gelten als verschiedene Routen, und bei der Weiterleitung wird per Longest Prefix Match die längste gewählt. Haben beide eine Route zum selben Ziel mit gleicher Präfixlänge, gelangt die mit der niedrigeren administrativen Distanz in die Routingtabelle. Statische Routen haben in der Regel einen niedrigeren Wert als dynamische, daher gewinnt die statische Route. Die tatsächlichen Werte unterscheiden sich je nach Gerätehersteller.

Lassen sich statisches und dynamisches Routing gemeinsam verwenden?

Ja, viele Netzwerke kombinieren beides. So tauschen etwa Zentrale und Niederlassungen Routen mit OSPF aus, während am Internetausgang eine statische Default-Route konfiguriert und diese Default-Route über OSPF an die anderen Router verteilt wird.

Verständnis prüfen

Welche Beschreibung des dynamischen Routings ist richtig?

  1. AEin Administrator konfiguriert die Routen auf jedem Router von Hand, und nach einem Ausfall bleiben dieselben Routen in Gebrauch, bis die Konfiguration geändert wird
  2. BRouter tauschen über Routing-Protokolle Routeninformationen aus und wechseln automatisch auf einen anderen Weg, wenn eine Route durch einen Ausfall unbrauchbar wird
  3. CFür jedes Paket wird zufällig ein Weg gewählt, um die Last gleichmäßig auf mehrere Wege zu verteilen
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Antwort: B. Router tauschen über Routing-Protokolle Routeninformationen aus und wechseln automatisch auf einen anderen Weg, wenn eine Route durch einen Ausfall unbrauchbar wird

Beim statischen Routing konfiguriert ein Administrator die Routen von Hand. Das ist einfach und gut vorhersehbar und eignet sich für kleine Netzwerke oder die Default-Route eines Standorts mit nur einem Ausgang, schaltet nach einem Ausfall aber nicht automatisch um. Beim dynamischen Routing tauschen Router über Routing-Protokolle wie OSPF oder BGP Informationen aus, erstellen ihre Routingtabellen automatisch und berechnen bei einer ausgefallenen Verbindung einen anderen Weg. Im Internet werden die Routen zwischen den Netzwerken von Organisationen (autonomen Systemen) per BGP ausgetauscht. In realen Netzwerken werden üblicherweise beide Verfahren kombiniert.

Der Router R2 einer Zweigstelle ist über eine Verbindung 10.255.0.0/30 mit dem Router R1 der Zentrale verbunden; R1 hat auf dieser Verbindung die Adresse 10.255.0.1 und R2 die Adresse 10.255.0.2; auf R2 wird eine statische Route zum Netzwerk 192.168.1.0/24 der Zentrale konfiguriert. Welche Adresse ist als nächster Hop (Next Hop) geeignet?

  1. A10.255.0.1
  2. B10.255.0.2
  3. C192.168.1.1 (Adresse von R1 im LAN der Zentrale)
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Antwort: A. 10.255.0.1

Eine statische Route legt das Zielnetzwerk und die Adresse des nächsten Routers fest, an den die Pakete dafür übergeben werden (Next Hop). Als Next Hop dient grundsätzlich die Adresse eines benachbarten Routers in einem Netzwerk, an das der eigene Router direkt angeschlossen ist. Hier ist das die Adresse von R1 am anderen Ende der Verbindung, 10.255.0.1; R2 ermittelt per ARP die zugehörige MAC-Adresse und sendet dann die Frames. Hat eine Zweigstelle nur einen Ausgang, ist es auch üblich, statt einer Route für jedes Ziel nur eine einzige Default-Route 0.0.0.0/0 zu konfigurieren.

Ein Router hat Routen zum selben Ziel 192.168.50.0/24 sowohl über OSPF als auch über RIP gelernt. Auf diesem Router beträgt die administrative Distanz, die die Bevorzugung je Routenquelle angibt (kleinere Werte werden bevorzugt), 110 für OSPF und 120 für RIP. Welche Route wird in die Routingtabelle eingetragen?

  1. ABeide Routen werden eingetragen und abwechselnd für jedes Paket genutzt
  2. BNur die RIP-Route wird eingetragen
  3. CNur die OSPF-Route wird eingetragen
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Antwort: C. Nur die OSPF-Route wird eingetragen

Routingprotokolle drücken die Güte einer Route (die Metrik) auf unterschiedliche Weise aus, etwa als OSPF-Kosten oder als Hop-Anzahl bei RIP, sodass sich ihre Metriken nicht direkt vergleichen lassen. Werden Routen zum selben Ziel mit derselben Präfixlänge aus mehreren Quellen gelernt, trägt der Router daher die mit der kleineren administrativen Distanz ein, einem Maß dafür, wie sehr der jeweiligen Quelle vertraut wird. Hier ist die 110 von OSPF kleiner als die 120 von RIP, also wird die OSPF-Route in die Routingtabelle eingetragen. Direkt angeschlossene Netzwerke erhalten üblicherweise 0 und statische Routen 1, also kleinere Werte für das, was Menschen konfigurieren; Bezeichnung und Standardwerte unterscheiden sich jedoch je nach Gerätehersteller.

  1. Die Routingtabelle eines Routers enthält drei Routen: die statische Route 10.0.0.0/8 (nächster Hop Router A, administrative Distanz 1), die per OSPF gelernte Route 10.1.0.0/16 (Router B, 110) und die per RIP gelernte Route 10.1.1.0/24 (Router C, 120). An welchen Router wird ein Paket mit dem Ziel 10.1.1.5 gesendet?
  2. Die Routingtabelle eines Routers enthält vier Routen: 0.0.0.0/0 (nächster Hop Router A), 10.0.0.0/8 (Router B), 10.1.0.0/16 (Router C) und 10.1.2.0/24 (Router D). An welchen Router wird ein Paket mit dem Ziel 10.1.5.9 gesendet?

Übungsfragen zu Netzwerkdesign und Netzwerkbetrieb

Wichtige Begriffe erklärt

Routing (Wegewahl)
Festlegung, über welchen Weg Pakete in einem IP-Netzwerk ihr Ziel erreichen. Jeder Router führt eine Routingtabelle, wählt die Route, deren Präfix am längsten mit der Ziel-IP-Adresse übereinstimmt (Longest Prefix Match), und übergibt das Paket an den nächsten Router. Die Tabelle entsteht durch statisches Routing, von Hand konfiguriert, oder durch dynamisches Routing, das sie automatisch mit Routingprotokollen wie OSPF, RIP und BGP aufbaut.
Router
Gerät der Vermittlungsschicht (Schicht 3), das Pakete zwischen verschiedenen Netzwerken weiterleitet. Es vergleicht die Ziel-IP-Adresse jedes Pakets mit seiner Routingtabelle, wählt den nächsten Router (Next Hop) und die ausgehende Schnittstelle und sendet das Paket weiter. Heimrouter vereinen außerdem NAPT, einen DHCP-Server und eine Firewall.
Administrative Distanz
Wert für die Bevorzugung je Routenquelle, mit dem entschieden wird, welche Route in die Routingtabelle eingetragen wird, wenn Routen zum selben Ziel mit derselben Präfixlänge aus mehreren Quellen wie statischen Routen, OSPF und RIP gelernt werden. Kleinere Werte werden bevorzugt. Für die Wahl zwischen Routen mit unterschiedlicher Präfixlänge wird sie nicht verwendet; darüber entscheidet der Longest Prefix Match. Bezeichnung und Standardwerte unterscheiden sich je nach Gerätehersteller.
Longest Prefix Match
Regel, nach der ein Router, wenn mehrere Routen seiner Routingtabelle zu einer Ziel-IP-Adresse passen, die Route mit dem längsten (spezifischsten) Präfix wählt. Ein Ziel, das sowohl zu 10.0.0.0/8 als auch zu 10.1.0.0/16 passt, verwendet zum Beispiel die /16-Route. Die Default-Route (0.0.0.0/0), die verwendet wird, wenn nichts anderes passt, ist die kürzestmögliche Route mit der Länge 0.
OSPF (Open Shortest Path First)
Link-State-Routingprotokoll für den Einsatz innerhalb einer Organisation. Jeder Router verbreitet den Zustand seiner eigenen Verbindungen, sodass alle Router die Topologie des Netzwerks teilen, und berechnet mit dem Dijkstra-Algorithmus den Weg mit den geringsten Gesamtkosten. Die Kosten werden in der Regel aus der Bandbreite der Verbindungen abgeleitet, und die Aufteilung des Netzwerks in mehrere Areas macht es auch für große Netzwerke tauglich.
BGP (Border Gateway Protocol)
Routingprotokoll, das im Internet Routinginformationen zwischen AS austauscht (autonomen Systemen, den von Organisationen wie Internetanbietern betriebenen Netzwerkeinheiten). Es wählt Routen anhand angehängter Attribute wie der Folge der durchlaufenen AS (AS_PATH) und anhand der Richtlinien jeder Organisation. Die Router verbinden sich über TCP-Port 179, um Informationen auszutauschen.

Verwandte Vergleiche